Etude et développement d'un actionneur plasma à décharge à ...

L’actionneur plasma
Les décharges à barrières diélectriques utilisent généralement une tension alternative à valeur
moyenne nulle pour contrer l'accumulation de charges à la surface du diélectrique. Les charges ainsi
déposées lors d'une alternance sont évacuées lors de l'alternance suivante, évitant le claquage du
diélectrique. Pour plus d’informations sur la théorie des DBD, on peut consulter par exemple les
travaux de Massines et al. [9], de Yokoyama et al. [10] ou de Kogelschatz [11].
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Deux types de décharges à barrière diélectrique peuvent être différenciés :
_ La décharge silencieuse : c’est la première qui a été observée. Le diélectrique joue le rôle d’un
condensateur en série avec le plasma, ce qui a un effet stabilisateur et conduit à un grand nombre de
microdécharges de petite impulsion dans tout l’espace inter-électrodes. Ces microdécharges ont un
diamètre de quelques centaines de micromètres, un temps de vie de 100 ns. Ces caractéristiques
dépendent de la nature et de la pression du gaz (Eliasson et Kogelschatz, [12]). La Figure 1.6 illustre
un exemple où les deux électrodes sont recouvertes d’un isolant. Les électrodes forment un nuage
suivi d’un filament de charges positives issues des avalanches (Figure 1.6a). Les charges négatives
traversent l’espace inter-électrodes et sont bloquées sur la surface isolante. Leur accumulation entraîne
la formation d’un champ électrique local inverse stoppant les avalanches électroniques et le flux de
courant après quelques nanosecondes (Eliasson et Kogelschatz [13], et Kanazawa et al. [14],
Figure 1.6b).
Figure 1.6. Étapes de la formation d’une micro-décharge dans une DBD [15].
_ La décharge lumineuse homogène : il est toutefois possible d’obtenir des décharges lumineuses
et homogènes (sans filaments) dans l’air à pression atmosphérique en appliquant des champs
électriques de quelques kV à des fréquences de l’ordre du kHz et avec des distances inter-électrodes de
0,5 à 3 cm (Roth, [15]). Dans ce cas, la décharge silencieuse est remplacée par un régime lumineux
homogène (d’un point de vue macroscopique). En remplaçant l’électrode plane par une grille, Okazaki
et al. [16] ont obtenu des décharges lumineuses avec une fréquence de l’ordre de 50 Hz. Dans tous les
cas, la décharge est contrôlée par une barrière diélectrique qui rend la décharge de courte durée et une
répartition de charges telle que les microdécharges soient rares (Massines et al. [9]). Contrairement
aux décharges silencieuses. Massines et al. [9] ont montré que ce type de décharge est caractérisé par
un courant de décharge périodique, et que celui-ci à la même structure que les décharges observées à
basse pression.